CN103873125A - 一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备，其主要内容包括：通过接收终端发送的导频信号信息，得到该终端所需的下行信道子矩阵，确定天线系统的下行信道矩阵，并根据每一个终端反馈的噪声功率得到噪声功率矩阵，利用下行信道矩阵和噪声功率矩阵得到预编码子矩阵，并确定出下行信道的预编码矩阵，这样不仅将终端间的干扰和噪声对系统性能的影响考虑到预编码矩阵的获取过程中，而且根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，简化了计算的复杂度，改进了现有技术中对预编码矩阵的计算方式，同时，在考虑不同终端所受噪声影响的因素确定天线的预编码矩阵，对天线下行信号的功率进行了优化。

Description

一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备。

背景技术

在多用户多输入多输出（MultiUser Multiple-Input Multiple-Output，MUMIMO）系统中，基站向多个用户同时发送各自需要的数据，其中，多个用户共用同一时频资源，因此，在MU MIMO系统中，用户与用户之间存在共信道干扰问题。

为了解决上述问题，有相关文献提出了采用归一化的破零逆预编码技术（Regularized Zero Forcing，RZF）来消除下行信道间用户信号的干扰。

其中：所述RZF技术是通过下行等效信道的预编码矩阵的逆获得各用户的等效零空间，有效避免用户间的信号的干扰。

但是，采用RZF技术得到的下行信道的预编码矩阵的运算复杂度较大，存在计算出现不精确的问题，进而影响得到的下行信道的预编码矩阵，无法有效降低用户间信号干扰的情况，并使得在实际应用中应用性较差，因此，针对RZF技术的运算复杂度较高的问题，提出了匹配滤波预编码技术（MatchedFiltering，MF），其中：所述MF技术利用下行信道矩阵的逆矩阵得到预编码矩阵，虽然简化了得到预编码的计算过程，适用性很强，但是，利用MF技术得到的预编码矩阵发射下行信号并不能有效得消除用户间的干扰，而且，其并没有考虑噪声对系统性能的影响，尤其在低信噪比的应用场景中，利用MF技术得到的预编码矩阵发射下行信号的性能更差。

由此可见，现有技术中的下行信道的预编码技术存在计算复杂度较高，或者在降低计算复杂度的情况下得到的下行信道的性能较差，进一步影响了下行系统的吞吐率。

发明内容

本发明实施例提供了一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备，用于解决现有技术中的下行信道的预编码技术存在计算复杂度较高，或者在降低计算复杂度的情况下得到的下行信道的性能较差，进一步影响了下行系统的吞吐率的问题。

一种多天线系统中下行信号的发射方法，包括：

接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵；

利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H；

接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V；

根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C；

将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算得到下行信道的预编码矩阵；

利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

一种多天线系统中下行信号的发射设备，包括：

获取模块，用于接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵；

计算模块，用于利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H，并接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V，根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算，得到下行信道的预编码矩阵；

发射模块，用于利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

本发明有益效果如下：

本发明实施例通过接收终端发送的导频信号信息，得到该终端所需的下行信道子矩阵，确定天线系统的下行信道矩阵，并根据每一个终端反馈的噪声功率得到噪声功率矩阵，利用下行信道矩阵和噪声功率矩阵得到预编码子矩阵，并确定出下行信道的预编码矩阵，这样不仅将终端间的干扰和噪声对系统性能的影响考虑到预编码矩阵的获取过程中，而且根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，简化了计算的复杂度，改进了现有技术中对预编码矩阵的计算方式，同时，在考虑不同终端所受噪声影响的因素确定天线的预编码矩阵，对天线下行信号的功率进行了优化。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种多天线系统中下行信号的发射方法的流程图；

图2为本发明实施例二的一种多天线系统中下行信号的发射设备的结构示意图；

图3为根据不同的预编码矩阵的计算方法计算得到的不同的信噪比对应的系统容量性能示意图。

具体实施方式

为了实现本发明的目的，本发明实施例提供了一种多天线系统中下行信号的发射方法和设备，接收终端发送的导频信号信息，得到该终端所需的下行信道子矩阵，确定天线系统的下行信道矩阵，并根据每一个终端反馈的噪声功率得到噪声功率矩阵，利用下行信道矩阵和噪声功率矩阵得到预编码子矩阵，并确定出下行信道的预编码矩阵，这样不仅将终端间的干扰和噪声对系统性能的影响考虑到预编码矩阵的获取过程中，而且根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，简化了计算的复杂度，改进了现有技术中对预编码矩阵的计算方式，同时，在考虑不同终端所受噪声影响的因素确定天线的预编码矩阵，对天线下行信号的功率进行了优化。

需要说明的是，本发明实施例的方案应用在单基站或者单服务小区范围内，对一个基站内多个用户的下行信道的编码矩阵进行计算，或者是对同一个小区覆盖范围内的多个用户的下行信道的编码矩阵进行计算。

下面结合说明书附图对本发明各实施例进行详细描述。

实施例一：

如图1所示，为本发明实施例一的一种多天线系统中下行信号的发射方法的流程图，所述方法包括：

步骤101：接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵。

其中，所述终端发送的导频信号信息，具体包括：

在TDD系统中，终端将探测信号SRS作为导频信号信息发送给网络侧；

在FDD系统中，终端对网络侧发送的下行公共导频信号信息进行监测，确定出下行信道状态信息，并发送给网络侧。

具体地，在步骤101中，所述确定该终端所需的下行信道的子矩阵，具体包括：

首先，接收终端发送的探测信号SRS。

具体地，在接收到终端发送的探测信号SRS时，确定终端与网络侧之间有待执行的业务，需要网络侧为终端提供服务的下行信道。

其次，利用接收到的SRS和信道互易原则确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，其中，i∈[1,k]，K为正整数。

需要说明的是，上述确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i的方式适用于TDD系统中。

较优地，在FDD系统中，根据终端发送的下行信道的状态信息确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，其中i∈[1,k]。

步骤102：利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H。

在步骤102中，利用确定的终端的下行信道子矩阵h_i，通过以下方式得到下行信道的矩阵H：

$H=[h_1^H,h_2^H,...,h_i^H,...h_k^H],$

其中，h_i表示第i个终端确定的下行信道子矩阵，k表示终端的个数。

步骤103：接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V。

具体地，在步骤103中，利用接收到的终端反馈的噪声功率，通过以下方式得到噪声功率矩阵V：

V＝diag(V_i)；

其中，V_i表示第i个终端反馈的噪声功率，diag(V_i)表示由V_i组成矩阵中的对角元素确定的矢量。

步骤104：根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C。

具体地，在步骤104中，首先，根据步骤102得到的下行信道矩阵H和步骤103得到的噪声功率矩阵V，通过以下方式得到中间矩阵T：

T＝H^H*H+V*I。

其中，I表示单位矩阵。

其次，利用得到中间矩阵T，通过以下方式得到预编码子矩阵C：

$C=\mathrm{diag}\left(\frac{1}{\mathrm{diag}\left(T\right)}\right);$

其中，

k表示终端的个数，diag(T)表示由矩阵T的对角元素组成的矢量，

是一个对角矩阵，其对角元素由diag(T)的元素的倒数组成。

步骤105：将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算得到下行信道的预编码矩阵。

具体地，在步骤105中，通过以下方式确定下行信道的预编码矩阵W，且使得下行信道的预编码矩阵W满足tr(W^HW)≤＝P：

W＝λ*H^H*C；

其中，P表示系统所允许的最大发射功率，λ表示归一化系数。

步骤106：利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

通过本发明实施例一的方案，接收终端发送的自身监测到的下行信道的状态信息，得到该终端所需的下行信道子矩阵，确定天线系统的下行信道矩阵，并根据每一个终端反馈的噪声功率得到噪声功率矩阵，利用下行信道矩阵和噪声功率矩阵得到预编码子矩阵，并确定出下行信道的预编码矩阵，这样不仅将终端间的干扰和噪声对系统性能的影响考虑到预编码矩阵的获取过程中，而且根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，简化了计算的复杂度，改进了现有技术中对预编码矩阵的计算方式，同时，在考虑不同终端所受噪声影响的因素确定天线的预编码矩阵，对天线下行信号的功率进行了优化。

实施例二：

如图2所示，为本发明实施例二的一种多天线系统中下行信号的发射设备的结构示意图，所述设备包括：获取模块11、计算模块12和发射模块13，其中：

获取模块11，用于接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵；

计算模块12，用于利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H，并接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V，根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算，得到下行信道的预编码矩阵；

发射模块13，用于利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

具体地，所述终端发送的导频信号信息，具体包括：

在TDD系统中，终端将探测信号SRS作为导频信号信息发送给网络侧；

在FDD系统中，终端对网络侧发送的下行公共导频信号信息进行监测，确定出下行信道状态信息，并发送给网络侧。

所述获取模块11，具体用于利用接收到的SRS，根据信道互易性原则确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，或者根据终端发送的下行信道的状态信息确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，其中i∈[1,k]。

所述获取模块11，具体用于利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H：

$H={[h_1^H,h_2^H,...,h_k^H]}^H$

其中，

表示终端i的下行子信道矩阵的共轭转置，k表示终端的个数。

所述计算模块12，用于利用接收到的终端反馈的噪声功率，通过以下方式得到噪声功率矩阵V：

V＝diag(V_i)；

其中，V_i表示第i个终端反馈的噪声功率，diag(V_i)表示由V_i组成矩阵中的对角元素确定的矢量。

所述计算模块12，具体用于根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，通过以下方式得到中间矩阵T：

T＝H^H*H+V*I；

利用得到中间矩阵T，通过以下方式得到预编码子矩阵C：

$C=\mathrm{diag}\left(\frac{1}{\mathrm{diag}\left(T\right)}\right);$

其中，

k表示终端的个数，I表示一个单位矩阵，diag(T)表示由矩阵T的对角元素组成的矢量，

是一个对角矩阵，其对角元素由diag(T)的元素的倒数组成。

所述计算模块12，具体用于通过以下方式确定下行信道的预编码矩阵W，且使得下行信道的预编码矩阵W满足tr(W^HW)≤＝P：

W＝λ*H^H*C；

其中，P表示系统所允许的最大发射功率，λ表示归一化系数。

如图3所示，为根据不同的预编码矩阵的计算方法计算得到的不同的信噪比对应的系统容量性能示意图。

假设仿真系统中的用户数为16，，各用户的接收天线数为1，发送端的天线数为128。

由图3可知，在低信噪比时，本发明提出的预编码矩阵的计算方法得到的下行信道的性能与RZF计算得到的下行信道的性能相似，但本发明提出的计算方法降低了RZF计算方法的复杂度；相对于MF算法，本发明提出的预编码矩阵的计算方法得到的下行信道的性能远远高于MF算法计算得到的下行信道的性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种多天线系统中下行信号的发射方法，其特征在于，包括：

接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵；

利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H；

接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V；

根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C；

将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算得到下行信道的预编码矩阵；

利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端发送的导频信号信息，具体包括：

在TDD系统中，终端将探测信号SRS作为导频信号信息发送给网络侧；

在FDD系统中，终端对网络侧发送的下行公共导频信号信息进行监测，确定出下行信道状态信息，并发送给网络侧；

所述确定该终端所需的下行信道子矩阵，具体包括：

利用接收到的SRS，根据信道互易性原则确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，或者根据终端发送的下行信道的状态信息确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，其中i∈[1,k]。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H，具体包括：

$H=[h_1^H,h_2^H,...,h_i^H,...h_k^H],$

其中，

表示终端i的下行子信道矩阵的共轭转置，k表示终端的个数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V，具体包括：

利用接收到的终端反馈的噪声功率，通过以下方式得到噪声功率矩阵V：

V＝diog(V_i)；

其中，V_i表示第i个终端反馈的噪声功率，diag(V_i)表示对角矩阵V，其第i个对角元素为V_i。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，具体包括：

根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，通过以下方式得到中间矩阵T：

T＝H^H*H+V*I；

利用得到中间矩阵T，通过以下方式得到预编码子矩阵C：

$C=\mathrm{diag}\left(\frac{1}{\mathrm{diag}\left(T\right)}\right);$

其中，

k表示终端的个数，I表示一个单位矩阵，diag(T)表示由矩阵T的对角元素组成的矢量，

是一个对角矩阵，其对角元素由diag(T)的元素的倒数组成。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算得到下行信道的预编码矩阵，具体包括：

通过以下方式确定下行信道的预编码矩阵W，且使得下行信道的预编码矩阵W满足tr(W^HW)≤＝P：

W＝λ*H^H*C；

其中，P表示系统所允许的最大发射功率，λ表示归一化系数。

7.一种多天线系统中下行信号的发射设备，其特征在于，包括：

获取模块，用于接收终端发送的导频信号信息，确定该终端所需的下行信道子矩阵；

计算模块，用于利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H，并接收终端反馈的噪声功率，计算得到噪声功率矩阵V，根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，得到预编码子矩阵C，将下行信道矩阵H和预编码子矩阵C进行计算，得到下行信道的预编码矩阵；

发射模块，用于利用得到的下行信道的编码矩阵对待发射的下行信号进行预编码处理，并通过天线系统发射出去。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述终端发送的自身监测到的下行信道的状态信息，具体包括：

在TDD系统中，终端将探测信号SRS作为导频信号信息发送给网络侧；

在FDD系统中，终端对网络侧发送的下行公共导频信号信息进行监测，确定出下行信道状态信息，并发送给网络侧；

所述获取模块，具体用于利用接收到的SRS，根据信道互易性原则确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，或者根据终端发送的下行信道的状态信息确定该终端所需的下行信道子矩阵h_i，其中i∈[1,k]。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，

所述获取模块，具体用于利用确定的终端的下行信道子矩阵，得到下行信道矩阵H：

$H=[h_1^H,h_2^H,...,h_i^H,...h_k^H],$

其中，

表示终端i的下行子信道矩阵的共轭转置，k表示终端的个数。

10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述计算模块，用于利用接收到的终端反馈的噪声功率，通过以下方式得到噪声功率矩阵V：

V＝diag(V_i)；

其中，V_i表示第i个终端反馈的噪声功率，diag(V_i)表示由V_i组成矩阵中的对角元素确定的矢量。

11.如权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述计算模块，具体用于根据得到的下行信道矩阵H和噪声功率矩阵V，通过以下方式得到中间矩阵T：

T＝H^H*H+V*I；

利用得到中间矩阵T，通过以下方式得到预编码子矩阵C：

$C=\mathrm{diag}\left(\frac{1}{\mathrm{diag}\left(T\right)}\right);$

其中，

k表示终端的个数，I表示一个单位矩阵，diag(T)表示由矩阵T的对角元素组成的矢量，

是一个对角矩阵，其对角元素由diag(T)的元素的倒数组成。

12.如权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述计算模块，具体用于通过以下方式确定下行信道的预编码矩阵W，且使得下行信道的预编码矩阵W满足tr(W^HW)≤＝P：

W＝λ*H^H*C；

其中，P表示系统所允许的最大发射功率，λ表示归一化系数。

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